中性点非直接接地系统中接地故障的检测方法与流程

本发明涉及电网故障检测技术领域，特别是涉及中性点非直接接地系统中接地故障的检测方法。

背景技术：

10～63kv电网一般采用中性点非有效接地方式，包括中性点不接地、经电阻接地、经消弧线圈接地方式等。在系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行。但是，近几年来两网改造，使中、小城市10～63kv配电网电容电流有很大的增加，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故，如不采取有效措施排除单相接地故障，将危及供配电网的安全运行。

目前针对单相接地故障检测采用的传统方法，一般不会考虑到主电流回路的情况，因此导致保护整定困难，而且故障定位难，不能正确迅速定位并切除故障线路。

技术实现要素：

本发明实施例提供了中性点非直接接地系统中接地故障的检测方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了中性点非直接接地系统中接地故障的检测方法，该方法包括以下步骤：

测量中性点非直接接地系统发生不同相的单相接地故障时，故障相线路和非故障相线路的电压和电流数据；

分析测量得到的数据，确定不同相发生接地故障时的主回路电流和电压变化规律；

对于待确定故障相的中性点非直接接地系统，测量所有相的电压和电流数据，将测量得到的数据与确定的主回路电流和电压变化规律进行对比，判断发生单相接地故障的相。

本发明中的中性点非直接接地系统中接地故障的检测方法，具有以下优点：

1、能够快速准确选线，准确定位，迅速切除故障相，避免发生多相短路；

2、考虑主回路电流的变化；

3、保护更为简单容易整定；

4、中性点绝缘、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻接地与主回路电流变化无关；

5、克服出线回路多，不能正确选线的弊端；

6、主回路电流变化对负载不受影响；

7、故障相不引用零序电压分析，是因为故障相相电压的存在。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为供配电系统的接线图；

图2为三相主回路电流分析图；

图3为c相主回路电流分析图；

图4为b相主回路电流分析图；

图5为a相主回路电流分析图；

图6为主回路a相发生单相接地故障时a相接地电容电流与b相和c相接地电容电流的关系示意图；

图7为三条回路中第一回路a相发生单相接地故障时第一条回路的接地电容电流与第二条和第三条回路的接地电容电流关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了中性点非直接接地系统中接地故障的检测方法，该方法主要包括以下步骤：

测量中性点非直接接地系统发生不同相的单相接地故障时，故障相线路和非故障相线路的电压和电流数据；

分析测量得到的数据，确定不同相发生接地故障时的主回路电流和电压变化规律；

对于待确定故障相的中性点非直接接地系统，测量所有相的电压和电流数据，将测量得到的数据与确定的主回路电流和电压变化规律进行对比，判断发生单相接地故障的相。

下面结合具体实例对本发明的方法进行详细说明。

图1所示的供配电系统由电源变压器、母线、qf1断路器、线路、末端qf2断路器、母线、负载变压器、负载组成。对于该供配电系统来说，当发生单相接地故障时，通过分析可以得出主回路电流和电压变化规律如下：

1)在中性点不接地的电网中发生单相接地故障时，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为电网的线电压，但故障相对中性点的相电压仍存在。

2)非故障相线路的电流3i0大小等于本线路的接地电容电流，故障相线路的电流3i0大小等于所有非故障相线路的电流3i0的之和，也就是所有非故障相线路的接地电容电流之和。

3)非故障相线路的电流3i0超前线电压90°，故障相线路的接地电容电流超前相电压90°，故障相线路的接地电容电流与非故障相线路的接地电容电流之和的相位相差180°。

供配电系统发生单相接地故障时，三相主回路的电流变化情况如图2所示。图中，和分别是c相、b相和a相的主回路电流；和是主回路中a相发生单相接地故障后，非故障c相和非故障b相的接地电容电流；是流回a相回路的接地电容电流，是和的向量和，如图6所示；βa＝βb＝βc是三相的功率因数角，其大小与补偿程度有关，一般供配电线路功率因数通过补偿后，功率因数的值在cosφ＝0.90～0.99，也就是功率因数角βa＝βb＝βc的角度在25°～5°之间。αc和αb是c相和b相负荷电流与辅助横线的夹角，αa是a相负荷电流与接地电容电流的夹角。各角的关系如下面公式：

αc＝30°-βc

αb＝30°+βb

αa＝90°+βa

下面分别计算图3、4和5中各相电流变化。

i：c相电流

横轴线分量为：

纵轴线分量为：

最后求流过c相线路的电流：

ii：b相电流

横轴线分量为：

纵轴线分量为：

最后求流过b相线路的电流：

iii：a相电流

αa＝90°+βa

r＝180°-αa＝180°-(90°+βa)＝90°-βa

最后求流过a相线路的电流，应用余弦定理求

当供电系统有三条回路，如第一条回路发生单相接地故障，第一回路的接地电容电流与其它回路的接地电容电流和图6保持有相同的关系。如图7所示，i0i为第一回路的接地电容电流，i0ii和i0iii为第二条回路和第三条回路的接地电容电流。多条回路时关系可以以此类推。

以上计算基于以下条件，即主回路的电流和电压变化规律：

1)发生单相接地故障后，故障相对地电压为零，但故障相对中性点的电压仍为相电压不变。

2)非故障相的接地电容电流大小其中为线电压，电容电流均超前线电压90°。

3)故障相的接地电容电流是非故障相两相接地电容电流的向量和，但方向相反，相位相差180°。

4)如是b相或c相发生单相接地故障，将图2逆时针旋转90°或顺时针旋转90°，而计算方法不变。

通过以上计算，结果表明：

1)计算结果与实验检测结果一致。

2)为继电保护整定提供的数据不论是单回路、少回路或多回路都是正确的。

3)采用本发明的方法可以使继电保护变得简单。

4)本发明的方法能迅速快捷的选择故障回路和确定故障相，在整定保护动作时间内切除故障回路。

下面结合具体实验数据来说明本发明的合理性。

正常运行数值：

假设模拟接地电容c＝15μf，非故障相的接地电容电流ic0＝0.64a，主回路正常运行电流ifa＝1.53a，ifb＝1.54a，ifc＝1.53a。

发生单相接地故障后的数值：

则非故障相的接地电容电流为：i0c＝i0b＝1.108～1.109a，故障相的接地电容电流为i0a＝1.96a，可见i0a≈2i0ccos30°，而且不同相发生接地故障时仍符合这个规律。

发生单相接地后主回路电压的变化：

a相接地：

b相接地：

c相接地：

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。